CN100404081C - 一种网状组织工程支架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种网状组织工程支架，所述网状组织工程支架主要由去除丝胶蛋白的蚕丝编织而成，网孔大小为0.25～25mm²。本发明支架的网状结构既具有良好力学性能、又具有足够相通的细胞组织容纳空间；所用材料容易获得、力学和生物学性能优良；同时具有足够孔隙和良好力学性能，而目前的产品或研究所用的支架只具有其中之一；作为力学支持系统，网孔内可复合胶原、透明质酸、壳聚糖、硫酸软骨素等其他生物学性能优异但力学较差的生物材料复合，亦可复合医用聚酯类高分子材料，组成力学性能和生物学性能都很优异的支架系统；适合于韧带，肌腱，腹壁，盆底等抗拉组织的修复和组织工程。

Description

一种网状组织工程支架

(一)技术领域

本发明涉及一种用于组织工程的网状支架，尤其是一种用于生物体内组织修补或加强、生物体外组织构建的网状支架。

(二)背景技术

肩、膝、肘等关节部位的肌腱、韧带等结缔组织损伤越来越多(占运动损伤的50％)。由于生活方式的改变，长期使用键盘打字以及输送手机简讯导致手部的肌腱损伤病例每年增加5％。有数据表明，每2亿人口中一年至少有上千万的肌腱损伤病例。另外，随着人口年龄增加，腹壁、盆地等软组织松弛或缺损的病人越来越多。

目前临床肌腱、韧带的损伤以及腹壁、盆地组织松弛主要靠自体/异体组织来修复加强，或者靠不可降解的生物材料来修复。但是这些治疗方法都有其固有的缺陷。如移植自体组织需要牺牲供区的功能，异体组织来源困难且可能带来传染病，不可降解的假体会带来机体排异和远期效果不好。

目前临床方法的缺点促使肌腱韧带修复的研究转向可降解生物材料和组织工程方法。有研究者使用胶原纤维、高分子材料纤维或者蚕丝组成辫状支架用于修复损伤肌腱，然而，这些辫状支架没有内部空隙，不能承载大量细胞，也不能让机体形成相互连接有功能的新组织。

另外有研究者采用胶原胶或无纺高分子材料纤维支架接种大量细胞用于肌腱、韧带组织工程。这些支架解决了细胞组织容纳的问题，但它们的力学性能很差，不能承受机体的生理机械力，难以应用于临床。

本发明人在肌腱、韧带组织工程方面进行了系列研究，首先提出利用网状的高分子材料(聚乳酸等)纤维支架传递大量间质干细胞用于肌腱的修复，并在白兔体内试验发现网状结构有利于功能性肌腱组织形成。但是医用高分子材料昂贵且其降解产物对组织有破化性。寻找一种力学性能和生物学性能良好的材料，提供一种同时具备有良好力学性能和足够相通的细胞组织容纳空间的支架，成为本发明的出发点。

(三)发明内容

本发明既是为了提供一种同时具备有良好力学性能和足够相通的细胞组织容纳空间的支架。

为达到发明目的本发明采用的技术方案是：

一种网状组织工程支架，所述网状组织工程支架主要由去除丝胶蛋白的蚕丝编织而成，网孔大小为0.25～25mm²。

所述网状组织工程支架由除丝胶蛋白的蚕丝编织而成。

具体操作时，可将桑蚕的粗蚕丝利用化学和物理方法先去掉丝胶蛋白，然后再使用机械或手工方法进行编织而成网状结构的去丝胶蚕丝支架。或者是先将粗蚕丝编织成各种网状结构支架，再利用化学和物理的方法去丝胶蛋白。

蚕丝几乎全是由蛋白质组成，其蛋白含量高达98％，全丝由丝胶、丝素2部分构成，丝素占73％，外层紧包丝胶占25％。丝素蛋白结构致密，结晶度高，不溶于水，但能被CaCl2溶解，而丝胶蛋白分子中极性基团稍多，无定形部分比例较高，因而亲水性较强，能与水形成均匀胶溶体。较常用的去丝胶蛋白的方法有：Na₂CO₃溶液煮沸，去污剂(煮沸)，硼酸(煮沸)，加热等。

也可将所述支架网孔内复合其他生物学性能优异但力学较差的生物材料组成复合支架，组成力学性能和生物学性能都很优异的支架系统。所述生物材料为下列之一：①胶原、②医用聚酯类高分子材料：如聚乳酸(polylactic acid，PLA)，聚丙交酯-乙交酯(poly(glycolide co-Lactide)acid、PLGA)，聚乙醇酸(polygiycolic acid，PGA)、聚己内酯(polycaprolactone，PCL等)、③壳聚糖、④透明质酸、⑤硫酸软骨素。

所述支架网孔内复合的医用聚酯类高分子材料可为下列之一或下列两种或两种以上的混合物：聚乳酸、聚丙交酯-乙交酯、聚乙醇酸、聚己内酯。

所述支架为片状或筒状。所述网孔形状为圆形或多边形。

所述的网状组织工程支架可应用于生物体内组织修补或加强。如体内植入进行肌腱、韧带、腹壁，盆底等各种组织修补或加强。

所述的网状组织工程支架也可应用于生物体外组织构建。如体外接种各种间质干细胞、纤维细胞或纤维母细胞，构建组织工程肌腱，韧带及软组织补片。

本发明是在以前研究的基础上进一步提高，利用易得、力学性能和生物学性能良好的蚕丝制作成网状的材料支架。从而实现一个支架同时具备有良好力学性能和足够相通的细胞组织容纳空间。此发明将促进近年来肌腱韧带组织工程技术走向临床化和产业化。

本发明的有益效果主要体现在：

1.本发明支架的网状结构既具有良好力学性能、又具有足够相通的细胞组织容纳空间；

2.本发明支架所用材料容易获得、力学和生物学性能优良；

3.本发明的支架同时具有足够孔隙和良好力学性能，而目前的产品或研究所用的支架只具有其中之一；

4.本发明支架作为力学支持系统，网孔内可复合胶原、透明质酸、壳聚糖、硫酸软骨素等其他生物学性能优异但力学较差的生物材料复合，组成力学性能和生物学性能都很优异的支架系统；

5.本发明支架适合于韧带，肌腱，腹壁，盆底等抗拉组织的修复和组织工程。

(四)附图说明

图1为网状蚕丝支架编织结构图；其中a为网眼编织，b为经纬编织，c为网眼编织；

图2为条形网状蚕丝支架结构图；

图3；为蚕丝电镜照片；其中a为蚕丝脱丝胶前电镜照片，b为蚕丝煮沸90分钟脱丝胶后电镜照片，c为脱丝胶蚕丝种植细胞7天后电镜照片；

图4为网状蚕丝支架与细胞复合后组织工程肌腱/韧带；

图5为网状蚕丝支架与细胞复合后组织工程软组织片；

图6为蚕丝支架网孔内复合冻干胶原纤维；

图7为网状蚕丝支架修补肌腱；

图8为网状蚕丝支架与细胞复合后修复韧带。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

将粗蚕丝编织成网状结构支架(见图1a，b，c、图2)，然后用0.2％Na₂CO₃溶液煮沸30、60、90、120、180分钟。电镜下观察发现煮60分钟以上能将蚕丝表面丝胶蛋白去除干净(见图3b)。煮120分钟以内的支架力学性能没有明显改变。将骨髓间质干种植于去丝胶后的蚕丝支架上，培养7天后电镜观察，见细胞能在支架良好生长(见图3c)。

实施例2：

将实施例1煮沸90分钟所得的支架种上间质干细胞，实施例2所得复合支架种上纤维细胞，体外静态或动态培养2-8周，可发现细胞分泌细胞外间质成分，形成片状组织工程软组织(见图4)，将其卷或折叠厚可形成条状组织工程肌腱、韧带(见图5)

实施例3：将实施例1中煮沸90分钟所得的支架的网孔内用胶原胶填充，再用冻干机冻干，可得到蚕丝为框架，胶原海面为填充的既具有良好力学又有足够细胞附着面的复合支架(见图6)。

实施例4：

将实施例1煮沸90分钟所得的支架，实施2所得复合支架和实施例3所得组织工程肌腱植入白兔体内用于修复跟腱和膝关节前交叉韧带。2，4周后可发现组织长入支架，所促成的胶原纤维相互连通，形成了功能性的肌腱、韧带组织(见图7、图8)。

实施例5：

将实施例1煮沸90分钟所得的支架、实施例2所得复合支架和实施例3所得组织工程软组织片植入白兔用于修复腹壁和盆底结构，2、4周后组织长入良好，没有明显的炎性反应。

实施例6：

利用实施例1中煮沸90分钟所得的网状蚕丝支架收集静电纺丝所产生的医用聚酯类高分子材料聚丙交酯-乙交酯的纳米纤维，可得到蚕丝为框架、纳米纤维为填充的既具有良好力学又有足够细胞附着面的复合支架。

Claims (7)

1.一种网状组织工程支架，其特征在于所述网状组织工程支架主要由去除丝胶蛋白的蚕丝编织而成，网孔大小为0.25～25mm²。

2.如权利要求1所述的网状组织工程支架，其特征在于所述网状组织工程支架由除丝胶蛋白的蚕丝编织而成。

3.如权利要求1所述的网状组织工程支架，其特征在于所述网状组织工程支架为网孔内复合生物材料组成的复合支架，所述生物材料为下列之一：①胶原、②医用聚酯类高分子合成材料、③壳聚糖、④透明质酸、⑤硫酸软骨素。

4.如权利要求3所述的网状组织工程支架，其特征在于所述支架网孔内复合的医用聚酯类高分子合成材料为下列之一或下列两种或两种以上的混合物：聚乳酸、聚丙交酯-乙交酯、聚乙醇酸、聚己内酯。

5.如权利要求1所述的网状组织工程支架，其特征在于所述支架为片状或筒状。

6.如权利要求1所述的网状组织工程支架，其特征在于所述网孔形状为圆形或多边形。

7.如权利要求1～5之一所述的网状组织工程支架在生物体外组织构建中的应用。

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